Séquence 3 : ATOME / MOLECULE Niveau : 4 ième Objectifs : - Connaître la constitution de la matière - Savoir ce qu est un atome, une molécule - Connaître certains tests de reconnaissance d atomes, de molécules - Savoir se servir de la classification périodique des éléments La problématique Comment identifier le contenu de différents tubes à essais? Ce qui a été fait Nous avons visionné une vidéo montrant un zoom depuis l univers jusqu au noyau de l atome. Vidéo disponible : https://www.youtube.com/watch?v=1voxpmqtze4 L atome : Historique : vers 450 Av. JC, Démocrite postule que la matière est composée d atomes (=particules insécables). Il pose ainsi les fondements de la chimie moderne. Malheureusement, un peu plus tard, Aristote proposa que toute matière est une combinaison de 4 éléments (la terre, l eau, l air et le feu), ce qui sera accepté jusqu au début du 19 ième siècle. Pour Démocrite, si on coupe la matière en petits morceaux, on finit par obtenir des particules qu on ne peut plus couper : les atomes. Ils ont des formes diverses et il y en a un nombre limité. Constitution de l atome : L atome est constitué d un noyau autour duquel tournent des électrons. Le noyau est chargé positivement. Les électrons sont chargés négativement. Un atome est électriquement neutre : il possède autant de charges positives que négatives. Le noyau est constitué de protons chargés positivement et de neutrons qui sont neutres (pas de charge). L essentiel de la masse de l atome est dans le noyau. Les molécules : Les atomes peuvent former des liaisons entre eux et former ainsi des molécules. Une molécule est un ensemble d atomes liés entre eux. Il existe de petites molécules formées de deux ou trois atomes comme le diazote, le dioxygène ou le dioxyde de carbone. Il existe également des molécules constituées de milliers d atomes comme l ADN, les protéines Collège des Tilleuls Annecy Page 1 sur 6 Physique - Chimie
La classification périodique des éléments ou tableau de Mendeleïev Historique : Jusqu au 19 ième, la matière était considérée comme un mélange de 4 éléments. A partir du 19 ième siècle, on s est aperçu que la réalité était plus complexe et que la matière était constituée d un grand nombre d éléments. S est alors posé la question de savoir comment les classer. En 1869, Mendeleïev, chimiste russe, présenta une première version de son tableau périodique. Il s est rendu compte qu'en classant les éléments selon leurs masses atomiques on voyait apparaître une périodicité en ce qui concerne certaines propriétés des éléments. Ce tableau fut conçu de manière à faire apparaître la périodicité des éléments. Ainsi les éléments y sont classés verticalement. Les rangées horizontales se succèdent représentant les éléments de la même "famille". Pour pouvoir appliquer la loi qu'il croyait juste, il dut laisser certaines cases vides. Il était convaincu qu'un jour ces cases vides correspondant aux masses atomiques 45, 68, 70, 180, ne le seraient plus, et les découvertes futures allaient confirmer cette conviction. Il réussit même à prévoir les propriétés chimiques de trois éléments manquant en se basant sur les propriétés des quatre éléments voisins. Entre 1875 et 1886, ces trois éléments que sont le gallium, le scandium et le germanium, furent découverts et ils possédaient bien les propriétés prédites. Comment se servir de ce tableau? - les atomes sont classés par masse atomique croissante - dans une case on voit plusieurs informations : o le symbole de l atome o le nom de l élément o la masse atomique (qui correspond à la masse d une mole de cet élément, une mole est une unité qui correspond à un certain nombre d atomes) o le numéro atomique qui correspond au nombre de protons (qui est égal au nombre d électrons) Quelques tests de reconnaissance Pour les métaux : Couleur - jaune : de l or - rouge (orangé) : du cuivre - gris : zinc, fer, aluminium, plomb, argent Corrosion : - l or ne s oxyde pas, il est inaltérable - le cuivre s oxyde et prend une couleur vert-de-gris - le zinc, l aluminium et le plomb s oxydent en blanchissant - l argent noircit en s oxydant - le fer rouille Collège des Tilleuls Annecy Page 2 sur 6 Physique - Chimie
Masse volumique : - l argent et le plomb ont une masse volumique importante - l aluminium a une faible masse volumique Métal Masse volumique en g/cm 3 or 19,3 cuivre 8,92 zinc 7,15 fer 7,86 aluminium 2,7 plomb 11,35 argent 10,5 Aimantation : - seul le fer s aimante Pour l eau : test au sulfate de cuivre anhydre Le sulfate de cuivre anhydre est une poudre blanche qui devient bleue en présence d eau. Pour faire un test au sulfate de cuivre anhydre, il suffit de mettre une goutte du liquide à tester sur un peu de sulfate de cuivre anhydre. Si celui-ci devient bleu, le liquide contient de l eau. Si on doit tester une substance solide (tranche de pomme par exemple), il suffit de déposer un peu de sulfate de cuivre anhydre dessus. Pour le dioxyde de carbone : test à l eau de chaux L eau de chaux est un liquide limpide (et corrosif) qui se trouble en présence de dioxyde de carbone. Pour faire un test à l eau de chaux, il suffit de faire barboter le gaz dans de l eau de chaux, si celle-ci se trouble, le gaz contient du dioxyde de carbone. Il est aussi possible de verser un peu d eau de chaux dans un flacon contenant le gaz et agiter le flacon et voir si l eau de chaux se trouble. Pour le dioxygène : ravive l incandescence Le dioxygène ravive l incandescence d un morceau de fusain ou de bois. Pour mettre en évidence le dioxygène, on place un morceau de fusain ou de bois incandescent dans un flacon contenant le gaz, si l incandescence est ravivée, il s agit de dioxygène. A retenir Un atome est composé d un noyau chargé positivement autour duquel tournent des électrons chargés négativement. Un atome est électriquement neutre. Une molécule est formée de plusieurs atomes. On reconnaît le fer car il s aimante. On met en évidence l eau grâce au test au sulfate de cuivre anhydre (il devient bleu). On met en évidence la présence de dioxyde de carbone grâce au test à l eau de chaux (elle se trouble). Le dioxygène ravive l incandescence d une buchette ou d un morceau de fusain. Collège des Tilleuls Annecy Page 3 sur 6 Physique - Chimie
Un peu d histoire Le coin vidéo : Vous pouvez retrouver la vidéo sur le blog (http://physiquetilleuls.eklablog.fr) ou bien en utilisant le lien : https://www.youtube.com/watch?v=1voxpmqtze4 En bref : Il y a environ 2500 ans, Démocrite avait déduit l existence des atomes. Il les définit comme les plus petites parties de la matière, ils ne peuvent pas être coupés. Il imagine qu il y a un nombre fini d atomes et qu ils ont des caractéristiques qui leurs permettent de se lier entre eux (atomes crochus). Il pose ainsi les bases de la chimie moderne. Malheureusement, c est la théorie d Aristote qui définit la matière comme un mélange des quatre éléments, qui va prendre le dessus jusqu au 19 ième siècle. Quelques ordres de grandeur Un humain : entre un et deux mètres Un tissus (ex : muscle) : quelques centimètres Une cellule : un micromètre (10-6 m, un millionième de mètre) Une molécule : de l ordre du nanomètre (10-9 m, un milliardième de mètre) Un atome : de l ordre de l Angström (10-10 m ; un dixième de milliardième de mètre) Le noyau de l atome : de l ordre du femtomètre (10-15 m, cent mille fois plus petit que l atome) L électron : taille inférieure à 10-22 m Fiches méthodes associées Démarche scientifique Rédaction Schéma Classification périodique des éléments Collège des Tilleuls Annecy Page 4 sur 6 Physique - Chimie
Entrainement On a un mélange de poudre de fer et de poudre de zinc, comment les séparer? Comment montrer que l air que l on expire contient du dioxyde de carbone? Comment montrer qu une bougie consomme du dioxygène? Comment montrer que la combustion d une bougie produit du dioxyde de carbone? Eva Nouï trouve une vielle pièce de monnaie chez ses grands-parents. C est une pièce de 5 francs de 1947. Elle est grise et très légère. Eva essaie de l aimanter mais la pièce ne s aimante pas. Sachant que cette pièce est constituée d un métal courant, déduire de quel métal il s agit. Collège des Tilleuls Annecy Page 5 sur 6 Physique - Chimie
Comment montrer qu une pomme contient de l eau? Classez par ordre de taille croissante (du plus petit au plus gros) : cellule, atome, molécule, électron, noyau de l atome, souris, planète, galaxie. Faire le schéma de l expérience permettant de voir si du white spirit contient de l eau : Collège des Tilleuls Annecy Page 6 sur 6 Physique - Chimie